KR100521695B1 - Optical microphone - Google Patents
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Abstract
광섬유의 정렬작업 등을 하지 않고, 반도체 제조공정 등으로 간단히 제조할 수 있고, 소형화가 가능하며, 배치공정에 의해 간단히 제조하여 생산비를 절감할 수 있다.The optical fiber can be manufactured simply by a semiconductor manufacturing process or the like without performing the alignment work of the optical fiber, and can be miniaturized, and the production cost can be reduced by simply manufacturing by the batch process.
하부기판과, 상기 하부기판에 상호간에 소정의 간격을 두고 형성되는 광원 및 수광부와, 상기 하부기판의 광원과 수광부의 사이에 형성되고 하부가 외부로 노출되어 음파에 의해 진동되는 진동판과, 상기 하부기판의 상부에 부착되고, 상기 광원에서 발생된 광이 상기 진동판에서 반사되어 상기 수광부로 입사되게 하기 위한 반사각을 가지는 반사부가 형성된 상부기판으로 이루어지고, 상기 하부기판에, 상기 수광부가 출력하는 전기적인 신호를 처리하는 신호 처리부가 더 포함되거나, 상기 상부기판에, 상기 수광부가 출력하는 전기적인 신호를 처리하는 신호 처리부가 더 포함되고, 수광부와 신호 처리부가 와이어 본딩으로 연결된다.A lower substrate, a light source and a light receiving portion formed at predetermined intervals on the lower substrate, a vibration plate formed between the light source and the light receiving portion of the lower substrate, the lower portion of which is exposed to the outside, and vibrated by sound waves; The upper substrate is attached to the upper substrate, the upper substrate is formed with a reflecting portion having a reflection angle for reflecting the light generated from the light source to the light receiving portion is reflected on the vibration plate, the lower substrate, the electrical A signal processor for processing a signal is further included, or the upper substrate further includes a signal processor for processing an electrical signal output by the light receiver, and the light receiver and the signal processor are connected by wire bonding.
Description
본 발명은 음파의 진동을 전기적인 신호로 변환하는 광학식 마이크로폰에 관한 것이다.The present invention relates to an optical microphone for converting vibrations of sound waves into electrical signals.
일반적으로 광학식 마이크로폰은 전자기 잡음에 매우 강한 특성을 가지고 있다. 그러므로 특수한 환경에서 여러 가지의 특성을 측정하는데 광학식 마이크로폰이 많이 사용되고 있는 것으로서 종래의 광학식 마이크로폰으로서는 미국특허 제5,262,884호 및 미국특허 제5,333,205호가 알려져 있다.In general, optical microphones are very resistant to electromagnetic noise. Therefore, US Pat. No. 5,262,884 and US Pat. No. 5,333,205 are known as optical microphones, which are widely used to measure various characteristics in a special environment.
상기 미국특허 제5,262,884호는 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 중공이고, 대략 원통형으로 이루어진 본체(100)의 전면에 진동판(110)이 설치되고, 본체(100)의 내측에는 광원(도면에 도시되지 않았음)에서 발생된 광을 상기 진동판(110)으로 전송하는 제 1 광섬유(120)와, 상기 진동판(110)에서 반사되는 광을 입사 받아 광신호 처리부(도면에 도시되지 않았음)로 전송하는 제 2 광섬유(130)가 구비된다.The U.S. Patent No. 5,262,884 is a hollow inside, as shown in Figure 1, the diaphragm 110 is installed on the front surface of the substantially cylindrical body 100, the light source (shown in the drawing) inside the main body 100 And the first optical fiber 120 transmitting the light generated by the diaphragm 110 and the light reflected from the diaphragm 110 to be transmitted to the optical signal processing unit (not shown). The second optical fiber 130 is provided.
이러한 구성을 가지는 종래의 광학식 마이크로폰은 광원에서 발생된 광이 제 1 광섬유(120)를 통해 진동판(110)으로 입사되어 반사되고, 진동판(110)에서 반사된 광은 제 2 광섬유(130)를 통해 광신호 처리부로 전송하게 된다.In the conventional optical microphone having such a configuration, light generated from a light source is incident and reflected from the first optical fiber 120 to the diaphragm 110, and the light reflected from the diaphragm 110 is transmitted through the second optical fiber 130. Transmission to the optical signal processor.
이와 같은 상태에서 소정의 음파에 의해 진동판(110)이 진동하게 되면, 진동판(110)에서의 반사되는 광의 각도가 가변되고, 광의 반사각도의 가변에 따라 제 2 광섬유(130)를 통해 광신호 처리부로 전송되는 광량이 가변되는 간섭현상이 발생하게 되는 것으로서 광신호 처리부는 광량의 변화를 전기적인 신호로 변환하게 된다.When the diaphragm 110 vibrates by a predetermined sound wave in such a state, the angle of the light reflected from the diaphragm 110 is varied, and the optical signal processor through the second optical fiber 130 according to the variation of the reflection angle of the light. An interference phenomenon occurs in which the amount of light transmitted to the light source is varied, and the optical signal processor converts a change in the amount of light into an electrical signal.
그리고 미국특허 제5,333,205호는 도 2에 도시된 바와 같이 보호 케이스(200)의 전면에 복수의 음파 통과구멍(210)이 형성되고, 보호 케이스(200)의 내측에는 진동판(220)이 설치된다. 그리고 소정의 광원(도면에 도시되지 않았음)에서 발생되는 광을 상기 진동판(220)으로 전송하는 제 1 광섬유(230)와, 상기 진동판(220)에서 반사된 광을 입사 받아 광신호 처리부(도면에 도시되지 않았음)로 전송하는 제 2 광섬유(240)로 구성된다.In US Pat. No. 5,333,205, a plurality of sound wave passing holes 210 are formed in the front surface of the protective case 200, and the diaphragm 220 is installed inside the protective case 200. In addition, the first optical fiber 230 for transmitting the light generated from a predetermined light source (not shown) to the diaphragm 220 and the light reflected from the diaphragm 220 are incident to the optical signal processor (Fig. It is composed of a second optical fiber 240 to transmit to (not shown).
이와 같이 구성된 종래의 광학식 마이크로폰은 상기한 미국특허 제5,262,884호와 마찬가지로 광원에서 발생된 광이 제 1 광섬유(230)를 통해 진동판(220)으로 입사되어 반사되고, 진동판(220)에서 반사된 광은 제 2 광섬유(240)를 통해 광신호 처리부로 전송하게 되며, 소정의 음파가 음파 통과구멍(210)을 통해 진동판(220)에 닿게 되어 진동판(220)이 진동하게 되면, 진동판(220)에서의 반사되는 광의 각도가 가변되고, 광의 반사각도의 가변에 따라 제 2 광섬유(240)를 통해 광신호 처리부로 전송되는 광량이 가변되는 간섭현상이 발생하게 되는 것으로서 광신호 처리부는 전송 받은 광량의 변화를 전기적인 신호로 변환하게 된다.In the conventional optical microphone configured as described above, the light generated from the light source is incident to the diaphragm 220 through the first optical fiber 230 and is reflected as in the US Patent No. 5,262,884, and the light reflected from the diaphragm 220 is When the diaphragm 220 vibrates through the second optical fiber 240 and is transmitted to the optical signal processing unit and a predetermined sound wave reaches the diaphragm 220 through the sound wave passage hole 210, the diaphragm 220 The angle of the reflected light is variable, and the interference phenomenon in which the amount of light transmitted to the optical signal processing unit through the second optical fiber 240 is varied according to the change in the reflection angle of the light. The optical signal processing unit changes the amount of light received. It is converted into an electrical signal.
그러나 상기한 종래의 기술들은 모두 제 1 광섬유(120)(230)가 전송하는 광이 진동판(110)(220)에서 반사된 후 제 2 광섬유(130)(240)로 입사되도록 정밀하게 정렬해야 되는 것으로 진동판(110)(220)과 제 1 광섬유(120)(230) 및 제 2 광섬유(130)(240)의 정렬 작업이 매우 어렵고, 이로 인하여 많은 제조비용이 소요되며, 또한 각 부위들을 하나씩 조립하여 광학식 마이크로폰의 크기를 작게 제조하는데 한계가 있었다.However, all of the above-described conventional techniques must be precisely aligned so that the light transmitted by the first optical fiber 120, 230 is reflected from the diaphragm 110, 220 and then incident on the second optical fiber 130, 240. It is very difficult to align the diaphragm 110, 220 and the first optical fiber 120, 230 and the second optical fiber 130, 240, and this requires a lot of manufacturing cost, and also to assemble each part one by one There was a limitation in making the size of the optical microphone small.
본 발명의 목적은 광섬유의 정렬작업 등을 하지 않고, 반도체 제조공정을 이용하여 간단히 제조할 수 있는 광학식 마이크로폰을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical microphone which can be easily manufactured using a semiconductor manufacturing process without performing an alignment operation of an optical fiber.
본 발명의 다른 목적은 소형화가 가능하고, 배치공정에 의해 간단히 제조하여 생산비를 절감할 수 있는 광학식 마이크로폰을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an optical microphone which can be miniaturized and can be manufactured by a batch process to reduce production costs.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 광학식 마이크로폰은, 하부기판과, 상기 하부기판에 상호간에 소정의 간격을 두고 형성되는 광원 및 수광부와, 상기 하부기판의 광원과 수광부의 사이에 형성되고 하부가 외부로 노출되어 음파에 의해 진동되는 진동판과, 상기 하부기판의 상부에 부착되고, 상기 광원에서 발생된 광이 상기 진동판에서 반사되어 상기 수광부로 입사되게 하기 위한 반사각을 가지는 반사부가 형성된 상부기판으로 구성됨을 특징으로 한다.The optical microphone according to the present invention having the above object includes a light source and a light receiving unit formed at a predetermined distance from each other on a lower substrate and the lower substrate, and are formed between the light source and the light receiving unit of the lower substrate and the lower part is exposed to the outside. And an upper substrate having a diaphragm vibrated by sound waves, and a reflecting portion attached to an upper portion of the lower substrate, and having a reflecting angle for reflecting light generated from the light source to be incident on the light receiving portion. do.
그리고 상기 하부기판에, 상기 수광부가 출력하는 전기적인 신호를 처리하는 신호 처리부가 더 포함되거나, 상기 상부기판에, 상기 수광부가 출력하는 전기적인 신호를 처리하는 신호 처리부가 더 포함되고, 수광부와 신호 처리부가 와이어 본딩으로 연결되고, 상기 신호 처리부는, 상기 수광부의 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기인 것을 특징으로 한다.The lower substrate may further include a signal processor configured to process electrical signals output by the light receiver, or the upper substrate may further include a signal processor configured to process electrical signals output by the light receiver. The processor is connected by wire bonding, and the signal processor is an amplifier for amplifying an electrical signal of the light receiver.
또한 상기 수광부는, 제 1 및 제 2 수광부로 이루어지고, 상기 반사부는, 제 1 및 제 2 수광부로 입사되는 광량이 동일하게 되도록 반사각이 형성되며, 상기 신호 처리부는, 상기 제 1 및 제 2 수광부가 출력하는 전기적인 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭기인 것을 특징으로 한다.The light receiving unit may include a first light receiving unit and a second light receiving unit, and the reflecting unit may have a reflection angle such that the amount of light incident on the first and second light receiving units is the same. Is a differential amplifier for differentially amplifying the electrical signal output.
이하, 첨부된 도 3 내지 도 5의 도면을 상세히 설명한다.Hereinafter, the drawings of FIGS. 3 to 5 will be described in detail.
도 3은 본 발명의 광학식 마이크로폰의 일 실시 예의 구성을 분해하여 보인 단면도이다. 여기서, 부호 300은 실리콘 등의 반도체로 된 하부기판이다. 상기 하부기판(300)에는 광원(310) 및 수광부(320)가 상호간에 소정의 간격을 두고 제조된다.Figure 3 is an exploded cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of an optical microphone of the present invention. Here, reference numeral 300 denotes a lower substrate made of a semiconductor such as silicon. The light source 310 and the light receiving unit 320 are manufactured on the lower substrate 300 with a predetermined interval therebetween.
부호 330은 음파에 의해 진동하는 진동판이다. 상기 진동판(330)은, 하부기판(300)의 광원(310) 및 수광부(320)의 사이에 일체로 제조되는 것으로서 하부는 통상의 반도체 식각공정 등을 통해 식각되어 외부로 노출되고, 외부로부터 입력되는 음파에 의해 진동된다.Reference numeral 330 denotes a diaphragm vibrating by sound waves. The diaphragm 330 is integrally manufactured between the light source 310 and the light receiving unit 320 of the lower substrate 300, and the lower portion is etched through a conventional semiconductor etching process and exposed to the outside, and is input from the outside. Is vibrated by sound waves.
부호 340은 상기 하부기판(300)의 상부에 접착제 등으로 부착되고, 실리콘 등의 반도체로 된 상부기판이다. 상기 상부기판(340)의 하부에는 상기 광원(310)에서 출력되는 광을 반사시켜 상기 수광부(320)로 입사되게 반사각을 갖는 반사부(350)가 형성된다. Reference numeral 340 denotes an upper substrate attached to an upper portion of the lower substrate 300 with an adhesive or the like and made of a semiconductor such as silicon. A reflector 350 having a reflection angle is formed under the upper substrate 340 to reflect the light output from the light source 310 to be incident on the light receiver 320.
부호 360은 상기 수광부(320)가 광을 수광하여 출력하는 전기적인 신호를 처리하는 신호처리부로서 상기 하부기판(300)의 일측에 제조된다.Reference numeral 360 is a signal processor that processes an electrical signal received by the light receiver 320 to receive light and is manufactured on one side of the lower substrate 300.
이와 같이 구성된 본 발명의 광학식 마이크로폰의 일 실시 예는 도 4에 도시된 바와 같이 하부기판(300)의 상부에 상부기판(340)이 접착제 등으로 부착된다.In one embodiment of the optical microphone of the present invention configured as described above, the upper substrate 340 is attached to the upper portion of the lower substrate 300 by an adhesive or the like as shown in FIG. 4.
그리고 광원(310)에 전원이 인가될 경우에 광원(310)이 광을 발생하고, 발생한 광의 일부는 상부기판(340)에 형성되어 있는 반사부(350)에서 반사되어 수광부(320)로 입사되고, 나머지 일부의 광은 반사부(350) 및 진동판(330)에서 순차적으로 반사되면서 수광부(320)로 입사되는 것으로서 수광부(320)는 입사되는 광량에 따른 소정 레벨의 전기적인 신호를 출력하고, 출력한 전기적인 신호는 신호처리부에서 처리되어 외부로 출력된다.In addition, when power is applied to the light source 310, the light source 310 generates light, and a part of the generated light is reflected by the reflector 350 formed on the upper substrate 340 to be incident on the light receiver 320. In addition, the remaining part of the light is incident on the light receiving unit 320 while being sequentially reflected by the reflector 350 and the diaphragm 330, and the light receiving unit 320 outputs an electrical signal having a predetermined level according to the amount of incident light. An electrical signal is processed by the signal processor and output to the outside.
이와 같은 상태에서 음파가 입력되어 진동판(330)이 진동하게 되면, 진동판(330)에서 반사되는 광의 반사각이 가변되어 수광부(320)로 수광되는 두 광이 간섭을 일으키게 된다. 그러면, 수광부(320)로 수광되는 광량이 가변되어 수광부(320)에서 출력되는 전기적인 신호가 가변되고, 상기 수광부(320)에서 가변 출력되는 전기적인 신호를 신호처리부(360)가 처리하여 외부로 출력하게 된다. 여기서, 상기 신호 처리부(360)는 예를 들면 증폭기로서 수광부(320)에서 가변 출력되는 전기적인 신호를 증폭하여 외부로 출력한다.When the sound wave is input in such a state and the diaphragm 330 vibrates, the reflection angle of the light reflected from the diaphragm 330 is changed to cause the two lights received by the light receiver 320 to interfere. Then, the amount of light received by the light receiving unit 320 is variable so that the electrical signal output from the light receiving unit 320 is variable, and the signal processor 360 processes the electrical signal that is variablely output from the light receiving unit 320 to the outside. Will print. Here, the signal processor 360 amplifies and outputs an electric signal that is variably output from the light receiver 320 as an amplifier and outputs it to the outside.
도 5는 본 발명의 광학식 마이크로폰의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 하부기판(300)에 하나의 수광부(320) 대신에 두 개의 수광부(320a)(320b)를 형성하고, 상기 광원(310)에서 출력되는 광이 진동판(330)에서 반사되어 두 수광부(320a)(320b)에 동일한 광량으로 입사 즉, 상기 진동판(330)이 진동하지 않을 경우에 수광부(320a)(320b)로 입사되는 광량이 동일하게 되도록 상기 상부기판(340)의 반사부(340)의 반사각을 형성한다.5 is a view showing the configuration of another embodiment of an optical microphone of the present invention. As shown therein, another embodiment of the present invention forms two light receiving units 320a and 320b on the lower substrate 300 instead of one light receiving unit 320, and the light output from the light source 310 is a vibrating plate. The upper substrate is reflected by 330 and is incident on the two light receiving parts 320a and 320b with the same amount of light, that is, when the diaphragm 330 does not vibrate, the amount of light incident on the light receiving parts 320a and 320b is the same. The reflection angle of the reflection unit 340 of 340 is formed.
그리고 상기 신호처리부(360)는 상기 2개의 수광부(320a)(320b)가 출력하는 전기적인 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭기로 형성한다. The signal processor 360 is formed as a differential amplifier for differentially amplifying the electrical signals output by the two light receivers 320a and 320b.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 광원(310)이 발생하는 광은 상부기판(340) 내부의 반사부(350)와 진동판(330)에서 반사되어 수광부(320a)(320b)로 입사되는 것으로서 두 수광부(320a)(320b)로 입사되는 광량에 따른 소정 레벨의 전기적인 신호를 출력하고, 수광부(320a)(320b)의 출력신호를 신호 처리부(360) 즉, 차동 증폭기가 차동 증폭하게 된다.According to another embodiment of the present invention configured as described above, the light generated by the light source 310 is reflected by the reflector 350 and the diaphragm 330 inside the upper substrate 340 and is incident on the light receiving units 320a and 320b. The electrical signal of a predetermined level is output according to the amount of light incident on the two light receiving parts 320a and 320b, and the signal processor 360, that is, the differential amplifier, differentially amplifies the output signals of the light receiving parts 320a and 320b.
여기서, 입력되는 음파가 없어 진동판(330)이 진동하지 않을 경우에 수광부(320a)(320b)로 각기 입사되는 광량에 동일하여 각기 출력하는 전기적인 신호의 레벨이 동일하므로 신호 처리부(360)에서 출력되는 전기적인 신호는 없게 된다.Here, when the vibration plate 330 does not vibrate because there is no sound wave input, the signal is output from the signal processor 360 because the level of the electric signal is the same as the amount of light incident to the light receiving parts 320a and 320b. There is no electrical signal.
이와 같은 상태에서 음파가 입력되어 진동판(330)이 진동하게 되면, 진동판(330)에서 반사되는 광의 반사각이 가변되고, 그 반사각의 가변에 따라 수광부(320a)(320b)로 수광되는 광량이 서로 상이하게 된다.When the sound wave is input in such a state and the diaphragm 330 vibrates, the reflection angle of the light reflected from the diaphragm 330 is variable, and the amount of light received by the light receiving parts 320a and 320b is different from each other according to the change of the reflection angle. Done.
그러면, 두 수광부(320a)(320b)에서 출력되는 전기적인 신호의 레벨이 상이하게 되고, 수광부(320a)(320b)에서 출력되는 전기적인 신호의 레벨 차이를 신호 처리부(360)가 차동 증폭하여 음파의 세기에 따른 레벨의 전기적인 신호를 출력하게 된다.Then, the levels of the electrical signals output from the two light receivers 320a and 320b are different, and the signal processor 360 differentially amplifies the level difference between the electrical signals output from the light receivers 320a and 320b. The electrical signal of the level according to the intensity of the output.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다. 예를 들면, 상기에서는 보호 덮개(340)에 형성되는 반사부(350)에 대하여 두 가지를 예로 들어 설명한 것으로서 본 발명을 실시함에 있어서는 이에 한정되지 않고, 광원(310)에서 발생된 광이 진동판(330)에서 반사되어 수광부(320)(320a)(320b)로 입사되게 할 수 있는 여러 가지의 형상으로 간단히 변형 실시할 수 있고, 또한 상기 신호처리부(360)를 상부기판(340)에 형성하고, 와이어 본딩 작업으로 수광부(320)(320a)(320b)와 신호처리부(360)를 연결할 수도 있는 등 여러 가지로 변형 실시할 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It can be easily understood by those skilled in the art. For example, in the above description, two examples of the reflective part 350 formed on the protective cover 340 are described. However, the present invention is not limited thereto, and the light generated from the light source 310 may be a diaphragm ( 330 may be easily modified into various shapes that may be incident on the light receiving units 320, 320a and 320b, and the signal processor 360 may be formed on the upper substrate 340. The wire bonding operation may be modified in various ways, such as connecting the light receiving units 320, 320a, 320b and the signal processor 360.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조공정을 통해 하부기판 상에 광원, 수광부 및 진동판을 형성함과 아울러 반사부를 가지는 상부기판을 형성하고, 배치 공정에서 하부기판 및 상부기판을 정렬 및 부착하여 제조하는 것으로서 광학식 마이크로폰의 소형화가 가능하고, 광섬유의 정렬 등이 필요 없어 제조가 용이함은 물론 제조비용을 절감할 수 있다.As described above, the present invention forms a light source, a light receiving unit, and a diaphragm on a lower substrate through a semiconductor manufacturing process, forms an upper substrate having a reflecting portion, and arranges and attaches the lower substrate and the upper substrate in an arrangement process. By miniaturizing the optical microphone, it is not necessary to align the optical fiber and the like, and the manufacturing cost can be reduced.
도 1은 종래의 광학식 마이크로폰의 일 예의 구성을 보인 도면.1 is a view showing an example of a configuration of a conventional optical microphone.
도 2는 종래의 광학식 마이크로폰의 다른 예의 구성을 보인 도면.2 is a view showing the configuration of another example of a conventional optical microphone.
도 3은 본 발명의 광학식 마이크로폰의 일 실시 예의 구성을 보인 분해 도면.3 is an exploded view showing the configuration of an embodiment of an optical microphone of the present invention.
도 4는 본 발명의 광학식 마이크로폰의 일 실시 예의 구성을 조립하여 광의 진행경로를 보인 도면.4 is a view showing a traveling path of light by assembling the configuration of an embodiment of an optical microphone of the present invention.
도 5는 본 발명의 광학식 마이크로폰의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면.5 is a view showing the configuration of another embodiment of an optical microphone of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300 : 하부기판 310 : 광원300: lower substrate 310: light source
320, 320a, 320b : 수광부 330 : 진동판320, 320a, 320b: light receiving unit 330: diaphragm
340 : 상부기판 350 : 반사부340: upper substrate 350: reflecting unit
360 : 신호 처리부360: signal processing unit
Claims (5)
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| KR10-2003-0098668A KR100521695B1 (en) | 2003-12-29 | 2003-12-29 | Optical microphone |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-2003-0098668A KR100521695B1 (en) | 2003-12-29 | 2003-12-29 | Optical microphone |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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